鮮繭絲浸泡工藝的實驗研究

呂超目 江文斌 傅雅琴 王玲玲

摘 要：基于鮮繭絲經(jīng)過緯線浸泡工藝處理后，存在抱合性能下降顯著，嚴(yán)重影響到后期織造工序正常進(jìn)行的問題，采用正交試驗方法來研究浸泡助劑用量、浸泡時間以及浸泡溫度共同作用下（不考慮交互作用）對鮮繭絲浸泡效果的影響。結(jié)果表明：優(yōu)化工藝浸泡后的鮮繭絲相較于現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲，抱合性能有著顯著性的提高，生絲微觀結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)基本相同，滿足織造需求。

關(guān)鍵詞：鮮繭絲；浸泡助劑濃度；浸泡時間；浸泡溫度；抱合

中圖分類號：TS143.22

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2018）02-0027-07

Experimental Study on Steeping Technology of Fresh Cocoon Silk

LU·· Chaomu1， JIANG Wenbin1，2， FU Yaqin1，3， WANG Lingling1

（1.College of Materials and Textiles， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018，China；2.Huzhou Zhejiang Sci-Tech University Novel Textile Research Institute， Huzhou313000， China； 3.National Engineering Lab For Textile Fiber Materials andProcessing Technology（Zhejiang）， Hangzhou 310018， China）

Abstract：The cohesion performance of fresh cocoon significantly decreases after steeping process， which severely affects the normal weaving process. To solve this problem， selected orthogonal test method to study steeping aid concentration， steeping time and steeping temperature on the steeping effect of fresh cocoon （without regard to interaction）. The experimental results show that： the cohesion of fresh cocoon silk after steeping with optimized process significantly improved， compared with the current process. The microstructure and surface morphology of raw silk are almost same， meeting the demand of weaving.

Key words：fresh cocoon silk； steeping aid concentration； steeping time； steeping temperature； cohesion

蠶絲主要由絲素和包覆在其表面起保護(hù)作用的絲膠粘結(jié)而成的[1-2]。蠶絲纖維因具有精細(xì)、優(yōu)雅、光滑、柔和以及可染性等性能，使織造加工后的絲織品表現(xiàn)出懸垂自然、外觀華麗及色澤明亮的優(yōu)點，倍受人們的喜愛。但由于蠶絲表面大量絲膠的存在，使絲纖維的平滑性及柔軟度不足，另外，為了使絲條得到一定程度的預(yù)縮，提高其可編織性，需對絲纖維進(jìn)行浸泡工藝處理。根據(jù)浸泡后生絲用途的不同，可分為經(jīng)線助劑浸泡和緯線助劑浸泡。緯線助劑浸泡的目的是使絲條表面包覆一層助劑油膜，使其具有較好的柔軟性、平滑性以及良好的抗靜電性能等，從而有利于生絲的絡(luò)、并、捻以及織造加工[3]。鐘雷[4]、章琪超等[5]研究指出，現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲由于生絲抱合不良，在后期織造的過程中會影響織物品質(zhì)和生產(chǎn)效率，從而限制了鮮繭絲的應(yīng)用范圍。

本文基于鮮繭絲浸泡后生絲抱合下降明顯，表現(xiàn)出生絲抱合不良的問題，探討提高鮮繭絲抱合的工藝方法，為擴(kuò)大鮮繭絲的應(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)參考。

1 實 驗

1.1 材料和儀器

材料：白廠絲（柳州市柳城鵬鑫源繭絲綢有限公司，規(guī)格為23.3 dtex（20/22D））；浸泡助劑EKL-200（湖州浙絲二廠有限公司）。

儀器：XL-2型紗線強(qiáng)伸度儀（常州紡織儀器廠）；Y731型抱合力機(jī)（國營常州紡織儀器廠）；SL-1型潤滑度測試儀（上海市絲綢工業(yè)公司職工大學(xué)）；Y172型纖維切片器（常州第二儀器紡織廠）；JSM-5610LV掃描電鏡（日本電子（JEOL））；X′TRA型X射線多晶粉末衍射儀（美國熱電ARL公司）；Nicolet5700傅里葉紅外光譜儀（美國尼高力公司）。

1.2 材料制備

選擇助劑用量、浸泡時間以及浸泡溫度為試驗因素，分別設(shè)定4個水平，根據(jù)正交試驗設(shè)計原則選擇L16（43）正交表安排試驗，并采用緯線浸泡助劑EKL-200對鮮繭絲進(jìn)行浸泡，浸泡浴比設(shè)定為1∶50。浸泡后的各編號樣絲采用離心機(jī)脫水1～2 min，取出放在晾絲桿上懸掛晾干（需2～3 d）。試驗中采用的浸泡因素水平表以及正交試驗設(shè)計表如表1、表2所示。

1.3 性能測試

1.3.1 力學(xué)性能測試

采用XL-2紗線強(qiáng)伸度儀對浸泡后各樣絲的力學(xué)性能測試，設(shè)置夾持距離調(diào)節(jié)為500 mm，拉伸速度設(shè)定為500 mm/min，預(yù)加張力0.05 cN/dtex；有效樣本容量50，取其平均值。

1.3.2 抱合測試

按照GB/T 1798—2008《生絲試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對生絲的抱合性能進(jìn)行檢驗。

1.3.3 生絲潤滑度測試

采用SL-1型潤滑度儀對浸泡后樣絲的平滑性進(jìn)行測試。測試方法：截取一定長度的絲條，絲條兩端固定懸掛輕重不同的兩個砝碼，絲條繞過滑輪組。開關(guān)關(guān)閉時，重砝碼吸附在磁鐵上，開啟開關(guān)時，磁鐵磁性消失，在重力的作用下，重砝碼一端開始下滑，同時開始計時。當(dāng)砝碼下落至光電管可照射到的位置時，停止計時。測試時每段樣絲測試5次，隨機(jī)選取10段樣絲，取平均值。

1.3.4 生絲表面形態(tài)測試

用導(dǎo)電膠將樣絲固定在樣品臺上，鍍金處理后用型號為JSM-5610LV的掃描電子顯微鏡進(jìn)行樣絲表面觀察。其中，加速電壓為5 kV，放大倍數(shù)為1 000倍。

1.3.5 生絲結(jié)晶結(jié)構(gòu)測試

利用Y172型纖維切片器將樣絲切成粉末，采用XTRA型X射線衍射儀（Cu靶、Kα射線）對粉末進(jìn)行結(jié)晶度測試。測試條件：管電壓40 kV、管電流40 mA、掃描范圍5°～50°、掃描速度2°/min。利用Peakfit軟件對得到的樣絲X射線衍射曲線進(jìn)行Gaussian法擬合分峰處理[10]，并由式（1）計算樣絲結(jié)晶度。

XC/%=IcIc+Ia×100（1）

式中：Xc—樣絲結(jié)晶度，%；Ic—結(jié)晶峰面積；Ia—非結(jié)晶峰面積。

1.3.6 生絲二次結(jié)構(gòu)測試

利用Nicolet5700紅外光譜儀，通過ATR方法在常溫下對4 000～400 cm-1范圍內(nèi)的區(qū)域作傅里葉紅外光譜測試。

2 結(jié)果與分析

由于正交試驗無重復(fù)性，任意兩個試驗結(jié)果都無法直接進(jìn)行比較，只能通過極差分析和方差分析等統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行分析比較[7-9]。在選取優(yōu)化工藝參數(shù)時，主要因素選取最佳水平，次要因素可根據(jù)指標(biāo)要求來選取，也可按照成本消耗、操作方便等原則來選定。

2.1 方差分析

對選取指標(biāo)斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、鉤接強(qiáng)度、鉤接伸長率、初始模量以及抱合的方差分析結(jié)果如表3所示。

從表3方差分析結(jié)果可知：a）斷裂強(qiáng)度：浸泡助劑用量、浸泡時間及浸泡溫度的P值均小于0.01，表明三因素對生絲斷裂強(qiáng)度均有著十分顯著的影響，影響程度依次為C>B>A；b）斷裂伸長率：浸泡助劑用量、浸泡時間及浸泡溫度的P值均小于0.01，表明三因素對生絲斷裂伸長率均有著十分顯著的影響，影響程度依次為C>B>A；c）鉤接強(qiáng)度：浸泡助劑用量、浸泡時間及浸泡溫度的P值均小于0.01，表明三因素對生絲鉤接強(qiáng)度均有著十分顯著的影響，影響程度依次為A>B>C；d）鉤接伸長率：助劑用量及浸泡溫度的P值均小于0.1，表明二者對生絲鉤接伸長率有著比較顯著的影響。浸泡時間的P值大于0.1，即浸泡時間對鉤接伸長率影響不顯著，影響程度依次為A>C>B；e）初始模量：浸泡助劑用量、浸泡時間及浸泡溫度的P值均小于0.01，表明三因素對生絲斷裂強(qiáng)度均有著十分顯著的影響，影響程度依次為B>A>C；f）抱合：浸泡助劑用量、浸泡時間及浸泡溫度的P值均小于0.01，表明三因素對生絲斷裂強(qiáng)度均有著十分顯著的影響。影響程度依次為C>B>A。

綜上可知，助劑用量、浸泡時間以及浸泡溫度對生絲各指標(biāo)均有著不同程度的影響，浸泡時間和浸泡溫度為主要影響因素，助劑濃度為次要影響因素。

2.2 極差分析

表4為三因素在不同水平條件下對生絲斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、鉤接強(qiáng)度、鉤接伸長率、初始模量及抱合的極差分析結(jié)果。

助劑用量的選?。寒?dāng)助劑用量為3.0 kg/件時，生絲斷裂強(qiáng)度、鉤接強(qiáng)度及抱合指標(biāo)值最大；初始模量值在助劑用量為3.5 kg/件時最小；當(dāng)助劑用量為4.0 kg/件時，生絲斷裂伸長率最大；對于生絲鉤接伸長率指標(biāo)來說，助劑用量在3.5 kg/件時，值最大。綜合分析，選取助劑用量3.0 kg/件為最佳水平。

浸泡時間的選?。撼跏寄Ａ恐翟诮輹r間15 h時值最??；當(dāng)浸泡時間為16 h時，生絲斷裂伸長率、鉤接伸長率最大；當(dāng)浸泡時間為17 h時，生絲斷裂強(qiáng)度、鉤接強(qiáng)度以及生絲抱合值最大。綜合分析，選取浸泡時間17 h為最佳水平。

浸泡溫度的選?。寒?dāng)浸泡溫度為38 ℃時，生絲斷裂強(qiáng)度、初始模量及抱合指標(biāo)值最大，生絲柔軟度最??；初始模量值在40 ℃時值最小，柔軟度最大；當(dāng)浸泡溫度為42 ℃時，生絲斷裂伸長率、鉤接強(qiáng)度以及鉤接伸長率最大。分析比較水平1和水平3可知，生絲斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、鉤接強(qiáng)度、鉤接伸長率指標(biāo)值無明顯差異，水平1抱合明顯優(yōu)于水平3。綜合分析，認(rèn)為浸泡溫度38 ℃為最佳水平。

綜合以上各因素最佳水平的選取，由此得到優(yōu)化工藝參數(shù)組合為A1B4C1，即助劑用量3.0 kg/件、浸泡時間17 h、浸泡溫度38 ℃。

3 對優(yōu)化工藝參數(shù)的驗證分析

外界環(huán)境或加工條件的不同，可能會對生絲的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到生絲質(zhì)量[11]，現(xiàn)對浸泡工藝浸泡后的各樣絲的物理性能及結(jié)構(gòu)形態(tài)作對比分析。

3.1 浸泡后樣絲質(zhì)量性能對比

對浸泡后的樣絲選取斷裂強(qiáng)力、鉤接強(qiáng)力、柔軟度以及抱合性能作對比分析。測試結(jié)果數(shù)據(jù)如表5、表6所示，其中，斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、鉤接強(qiáng)度、鉤接伸長率、初始模量為50個有效試樣的平均值，抱合為10個有效試樣的平均值。

斷裂強(qiáng)力：從表5中數(shù)據(jù)可以看出，上述3種工藝浸泡后樣絲的斷裂強(qiáng)度值很相近，其中現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲斷裂強(qiáng)度值最大，變異系數(shù)小，不均率?。槐容^三者的斷裂伸長率，可以看出，現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲和干繭絲的斷裂伸長率很相近，均大于優(yōu)化工藝浸泡后的鮮繭絲。生絲中絲膠含量的高低以及聚集狀態(tài)的緊密程度，在一定程度上，影響了生絲的力學(xué)性能[12]。生絲經(jīng)泡絲助劑處理后，形成了絲膠分子聚集狀態(tài)的松散化，絲膠分子的可塑性增加。因此，從宏觀上來講，未浸泡的鮮繭絲和干繭絲相比于浸泡后樣絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率分別有著降低和增加的趨勢。

鉤接強(qiáng)力：從表6中可以看出，優(yōu)化工藝和現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲的鉤接強(qiáng)度和鉤接伸長率值均大于現(xiàn)有工藝浸泡后的干繭絲，且現(xiàn)有工藝浸泡后鮮繭絲的鉤接強(qiáng)力指標(biāo)數(shù)值變異系數(shù)小，力學(xué)穩(wěn)定性高。

初始模量：初始模量值的大小能夠很好地反映出樣絲柔軟度的優(yōu)劣，模量值越小，柔軟度越好；反之，柔軟度較差。從表6中數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化工藝浸泡后的鮮繭絲和現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲的初始模量值差別較小，且均小于現(xiàn)有工藝浸泡后的干繭絲，表明浸泡后的鮮繭絲有著較好的柔軟性。

抱合：從表5中數(shù)據(jù)可以看出，鮮繭絲和干繭絲經(jīng)緯線助劑浸泡后的生絲抱合相比于未浸泡的鮮繭絲、干繭絲有顯著性的降低。優(yōu)化工藝浸泡后鮮繭絲的抱合雖與現(xiàn)有工藝浸泡后的干繭絲還存在很大差距，但相比于現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲有明顯的改善。

3.2 生絲二次結(jié)構(gòu)分析

為了研究各浸泡工藝對樣絲微觀結(jié)構(gòu)的影響，采用傅里葉紅外光譜法對各樣絲二次結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察對比分析[13-14]，紅外光譜圖見圖1。

從圖1中可以看出，a、b、c 3組樣絲的紅外光譜圖基本相同，其特征峰的位置均出現(xiàn)在3 300 cm-1（蛋白質(zhì)N-H伸縮振動）、1 650 cm-1（酰胺Ⅰ）、1 520 cm-1（酰胺Ⅱ）、1 230 cm-1（酰胺Ⅲ）、631 cm-1（酰胺Ⅳ）附近處，表明它們的基團(tuán)結(jié)構(gòu)無明顯差異。

3.3 生絲結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

為了研究經(jīng)過緯線浸泡助劑浸泡后各樣絲結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化，對樣絲進(jìn)行X射線衍射分析，得到的衍射曲線見圖2。從圖2中可以看出，各樣絲衍射曲線圖基本相同，無顯著差異。SilkⅠ和Silk Ⅱ部分衍射峰相互靠近，發(fā)生重疊，為把重疊的譜帶分開，現(xiàn)利用Peakfit[15-17]非線性曲線擬合軟件，實現(xiàn)衍射峰的快速分離，分峰處理結(jié)果如圖3所示。

從圖3分峰結(jié)果可以看出，各樣絲主要衍射峰的位置基本相同，基本都出現(xiàn)在2θ為12.2°、18.1°、20.6°、24.4°、28.7°左右處，其中，2θ在20.6° 左右位置處最為明顯，對應(yīng)于Silk Ⅱ結(jié)晶結(jié)構(gòu)，表明各樣絲結(jié)晶結(jié)構(gòu)均以β折疊結(jié)構(gòu)為主，結(jié)晶結(jié)構(gòu)基本相同。利用式（1）對各樣絲結(jié)晶度進(jìn)行計算，結(jié)果如表7所示。從表7中可以看出，3種樣絲結(jié)晶度基本相同，結(jié)晶結(jié)構(gòu)無顯著差異。

3.4 生絲表面形態(tài)分析

為研究緯線助劑EKL-200浸泡后各工藝樣絲表面形貌，采用掃描電子顯微鏡對鮮繭絲常規(guī)工藝、鮮繭絲選取工藝以及干繭絲常規(guī)工藝浸泡樣絲進(jìn)行觀察，各樣絲觀察結(jié)果見圖4。

從圖4中可以看出，采用緯線浸泡助劑EKL-200浸泡的各工藝樣絲表面均比較平整。生絲是由若干根繭絲在絲膠的作用下粘結(jié)在一起的。另外，還可以看出，生絲表面有一些細(xì)小的固體顆粒，這可能是浸泡后粘附在絲條表面的絲膠或助劑。各工藝浸泡樣絲表面形態(tài)基本無明顯差異，表明不同浸泡工藝方法對生絲纖維表面形態(tài)無影響。

4 結(jié) 論

本文采用正交表，利用方差和極差分析的方法優(yōu)化，選取適宜于鮮繭絲的浸泡工藝參數(shù)。通過優(yōu)化工藝浸泡后的鮮繭絲與現(xiàn)有工藝浸泡的鮮繭絲和干繭絲的物理性能以及結(jié)構(gòu)形態(tài)的對比分析，結(jié)果表明：優(yōu)化工藝浸泡后的鮮繭絲相比于現(xiàn)有工藝浸泡后的鮮繭絲的抱合得到有效改善，且各浸泡工藝浸泡后樣絲的二次結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及表面形態(tài)基本相同，因而能夠通過對鮮繭絲采取優(yōu)化工藝浸泡來改善浸泡后鮮繭絲抱合不良的問題。

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